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上海交通大学学报 2011年第7期45卷 980-984页

作者：董振华董笑菊上海交通大学计算机科学与工程系BASICS实验室上海200240 上海交通大学智能计算与智能系统教育部-微软重点实验室上海200240

为了进一步探讨Petri网与进程演算的关系,给出了一种使用进程演算模型(CCS)表示有界Petri网的方法.对于任意的有界Place/Transition网,可以用该方法构建一个与之相对应的有限进程.并且证明了所得进程与原网之间满足操作一致性和观察一致... 详细信息

为了进一步探讨Petri网与进程演算的关系,给出了一种使用进程演算模型(CCS)表示有界Petri网的方法.对于任意的有界Place/Transition网,可以用该方法构建一个与之相对应的有限进程.并且证明了所得进程与原网之间满足操作一致性和观察一致性.同时,证明了该方法在网的标号互模拟上满足完全抽象性.

关键词： Petri网进程演算编码

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进程演算的比较语义研究

进程演算的比较语义研究

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作者：谷迪康上海交通大学

学位级别：硕士

随着计算机技术和网络通信技术的高速发展,以并发性、分布性、实时性、异构性和互操作性等为主要特征的并发分布式系统已成为计算机技术的主流方向。并发现象以其固有的复杂性,对计算机科学家提出了挑战。与顺序计算不同,我们对并行与... 详细信息

随着计算机技术和网络通信技术的高速发展,以并发性、分布性、实时性、异构性和互操作性等为主要特征的并发分布式系统已成为计算机技术的主流方向。并发现象以其固有的复杂性,对计算机科学家提出了挑战。与顺序计算不同,我们对并行与并发计算实质的认识尚处于初级阶段。并行与并发计算模型仍是计算机科学研究的重要问题。从Milner提出CCS以来,各种从不同侧面反映并发本质的模型被相继提出。在这些模型中,进程代数(如CCS)因概念简洁,可用的数学工具丰富,得到了广泛的研究。 π-演算是通信系统中可以用来表示含有变换的结构的进程的一种演算。不仅是系统中的组成部分可以任意的互连,相邻部分的通信也可以包含能够改变连接情况的信息。π-演算是对CCS的扩展,Engberg和Nielsen向CCS中加入了移动性,同时保持了其的代数性质。π-演算消息了变量和常量间的区别,通信通道用名来表示,而计算则通过名的交互来表示。在理论计算科学领域,互模拟(bisimulation)是状态迁移系统间的一种二元关系,两个相互关联的系统,其中一个系统可以以相同的方式来模拟另外一个系统的动作。当两个系统能够互相模拟对方的动作时,就把这两系统称为互模拟的(bisimilar)。也就是说,观察者无法区分开这两个系统。在本文中,我们学习了π-演算及spi-演算中的多种互模拟关系。给出了多种互模拟之间的包含、等价关系等,同时,给出了一些反例来揭示严格包含关系。此外,本文中还提到了移动进程演算中的测试等价关系,给出了一些测试先序的定义。

关键词：进程演算互模拟 π-演算 spi-演算

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面向逻辑标记转换系统的进程演算CLLR的研究

面向逻辑标记转换系统的进程演算CLLR的研究

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作者：张严南京航空航天大学

学位级别：博士

为了形式化规范、验证和分析反应式并发系统,学术界提出并发展了多种形式化规范方法。这些方法大体上可分为两类：基于动作的和基于状态的。基于动作的规范方法以进程代数(演算)最具代表性；基于状态的方法通常以模态逻辑或μ-演算描述... 详细信息

为了形式化规范、验证和分析反应式并发系统,学术界提出并发展了多种形式化规范方法。这些方法大体上可分为两类：基于动作的和基于状态的。基于动作的规范方法以进程代数(演算)最具代表性；基于状态的方法通常以模态逻辑或μ-演算描述系统规范。这两类方法基于不同的观点,对形式规范和验证进行了深入而广泛的研究,具有互补的优点：前者支持规范的组合式(compositional)构造、分析和推理；后者擅长描述系统整体和抽象性质。十余年来,学术界期望构建一种允许上述两种不同风格规范并存且混合使用的架构,以此实现可以同时利用它们各自长处的目的。在此愿景驱使下,多种所谓混合规范方法被相继提出,其中,Luttgen和’Vogler近年提出的逻辑标记转换系统(简记为LLTS)克服了其它方法的缺陷,是一个允许自由混合使用通常进程算子和逻辑算子进行规范的语义框架。本文旨在基于纯演算的方法针对LITS在理论研究上的空白和缺陷开展工作,主要工作包括如下方面：(1)构建面向LLTS的进程演算系统CLLR该工作不但将Luttgen和’Vogle r的工作(不含隐藏算子)提升到纯演算的风格,更主要的贡献在于深入研究了他们没有涉及的递归算子。在深入研究环境(context)递归进程的展开与进程转换之间的内在联系基础上,我们较为系统地发展了CLLR的行为理论,证明了Luttgen和’Vogler提出的预备模拟关系相对CLLR所有算子的前同余性(preoongruence)从而在理论上保证了CLLR可以支持规范组合式的构造、分析和推理。作为面向LLTS的演算系统CLLR包含了逻辑合取和析取算子,并需要处理逻辑复合所带来的进程协调性问题。正因为进程协调性对进程行为的发散所具有的敏感性,使得CLLR中的递归算子处理较之通常进程演算要相对困难和复杂许多。(2)在充分考虑协调进程与非协调进程行为差异的基础上,提出了CLLR的公理系统AXCLL,并证明了该系统的可靠性以及相对无递归进程的基完备性,从而揭示了通常进程算子与逻辑合取及析取算子在预备模拟关系下所遵循的代数律。(3)研究了CLLR中形如X=RStx方程的解,证明了唯一解定理和最大解定理。前者给出了这类方程存在唯一解的充分条件；后者揭示了递归进程X X=tx与X=Rs tx的解之间的内在联系：若X是tx的强有卫变元,则X X=tx是满足等式X=RStx的最“粗糙”的规范。(4)作为递归算子与方程最大解定理的应用,我们研究了将基于动作的计算树逻辑ACTL表示安全性质的语言片段在CLLR中进行编码的问题。该研究在理论上保证了CLLR具有描述安全性质的表达能力,同时将判定进程是否满足(表示安全性的)ACTL公式的模型检测问题归约为判定进程之间是否具有精化关系的验证问题。由于递归算子的使用,该工作所提供的编码极大简化了Luttgen和、Voler的原有编码。总之,上述研究将LLTS框架上原有的工作演算化(未包括隐藏算子),在此基础上较深入研究了LUttgen和’Vogler原有工作中没有涉及的若干重要的理论问题,包括：递归算子及其行为理论、方程解以及公理化等,并且本文在ACTL公式编码方面的工作极大简化了他们原有处理方式。与通常进程演算系统比较CLLR的特点在于考虑了进程的逻辑复合以及逻辑复合所带来的协调性问题,允许自由地混合使用通常的进程操作算子、递归算子、逻辑合取和析取算子以及模态词unless和unless(weak until)进行规范描述,并且支持规范组合式构造、推理和分析。

关键词：形式化方法并发系统混合规范逻辑标记转换系统进程演算计算树逻辑公理化

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高阶进程演算的互模拟理论和公理化的研究

高阶进程演算的互模拟理论和公理化的研究

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作者：徐贤上海交通大学

学位级别：博士

高阶进程演算,因为其很强的抽象能力和理论上的重要性,在进程演算领域一直得到广泛的关注,并成为描述和分析具有动态变换特性的内部连接结构的移动系统的有效数学工具。在本文中,我们对高阶进程演算就如下几方面进行了研究。·带有m... 详细信息

高阶进程演算,因为其很强的抽象能力和理论上的重要性,在进程演算领域一直得到广泛的关注,并成为描述和分析具有动态变换特性的内部连接结构的移动系统的有效数学工具。在本文中,我们对高阶进程演算就如下几方面进行了研究。 ·带有mismatch的高阶π演算:互模拟理论;带有mismatch的高阶π演算的线性片段:公理化。高阶进程演算的公理化问题,如高阶π演算的公理化问题,一直以来鲜有相关工作。然而无论在理论上还是在应用中,判断两个高阶进程是否在某种互模拟下等价都有其重要意义,这种判断需要一个能够有效地进行分析并给出结论的算法。从算法的观点看,mismatch是在互模拟理论以及公理化中都是很有用的操作子;我们通过考察带有mismatch的高阶π演算来深入研究了公理化问题。我们首先形式化地定义并讨论了存在mismatch时的互模拟理论,其中我们的互模拟称为开弱高阶互模拟,这是一种nondelayed型的开型互模拟。随后,在设计公理系统时我们采用了线性方法,即将演算限制到线性片段上。利用对开弱高阶互模拟的刻画,包括前缀进程间等价与其延续进程间等价之间的关系以及线性演算独有的性质,我们最终证明了公理系统的完备性。我们对高阶互模拟理论和公理化的研究,不仅通过引入一个有用的操作子对以往的工作进行了扩展,且将高阶公理化的研究又向前推进了一步,同时为对其它高阶演算(如Ambient演算)的研究提供了参考。 ·高阶CCS编码一阶π演算。不同演算之间的编码是比较它们的表达能力的有效方法,可以揭示它们之间的本质区别。Thomsen和Sangiorgi对高阶演算(分别是高阶CCS和高阶π演算)与一阶π演算之间的相互编码进行了研究,但他们的工作尚不完整,缺少对用高阶CCS对一阶π演算编码的全抽象性质的深入研究。在本文中,我们试图解决这一问题。我们基于Thomsen的编码方法,将一阶π演算翻译到Plain CHOCS中。我们证明这种编码方法在基互模拟性(一阶π演算中)和wired互模拟性(Plain CHOCS中)下是全抽象的,其中wired互模拟性是我们定义的基于仅发送和接收线缆(wire)的wired进程的一种互模拟,它们是编码策略的核心。进一步,由于wired互模拟性蕴含广为人知的上下文互模拟性,我们确保了在基互模拟性和上下文互模拟性下编码的可靠性。我们使用领域中已有的索引技术来处理技术细节中的难点以获得主要结论,即将索引技术应用到原始编码方法中,以此来处理编码中产生的额外内部动作,随后将带索引的编码方法中所获得的结果移植得到原始编码中的相应结论。我们还讨论了如何通过在两个演算中选抒合理的互模拟来获得全抽象性质等问题。我们对进程演算问编码的研究解决了关于在高阶CCS中表达一阶π演算的一个末决问题,从而补充了这两类演算之间的编码研究,这进一步展现了一阶演算和高阶演算之间的关系。此外,编码研究的结果还提供了用高阶演算来实现对λ演算编码的另一种方法。 ·线性高阶π演算中局部互模拟的逻辑刻画。除了用代数方法对高阶进程演算的互模拟进行工作外,从逻辑角度对互模拟的研究也有其价值所在,目前已经有对Plain CHOCS中的强和弱上下文互模拟进行逻辑刻画的工作。在本文中,我们用逻辑的方法对线性进程演算进行了一些新的研究。我们致力于找到一种对线性高阶π演算中局部互模拟的逻辑刻画。为此我们通过两步来完成准备:首先我们通过一些变体来简化局部互模拟性;其次我们通过互模拟递减链来逼近局部互模拟性。为实现逻辑刻画,我们对演算进行了重新形式化,以获得相对容易实现刻画的等价形式(在互模拟意义上)。我们的逻辑具有完整的非操作(对偶性),并且比已有的逻辑语言简单,这体现在高阶模态被降阶为类似于一阶模态,且构造蕴含操作子仅被用于处理一阶受限输出。我们证明了刻画定理,它将逻辑等价与局部互模拟性相关联。我们关于逻辑刻画的工作对高阶进程演算研究的意义在于提供了另一种观点,即逻辑的观点,以此补充了代数角度的研究。此外,将检验互模拟等价转换为检验逻辑等价使得我们马上可以使用逻辑的一整套方法,后者不但具有诸多模型检测算法,而且有许多实用的工具。本文不仅对高阶进程演算领域内的几个方面的问题进行了研究,且传递了几点有意义的信息。首先是线性性质在确保高阶演算的可靠且完备的公理系统中具有重要意义,这一特征成功的降低了通信进程的表达能力。其次,作为用一阶π演算来表达高阶演算的补充,我们证明了其反向在一些合理的互模拟性下亦成立,这使得我们可以更加确信高阶演算的相对独立性,结合其特有的抽象能力,这种独立性使得高阶演算更有吸引力。再次,通过展示一种可以刻画互模拟等价的简单且完备的逻辑语言,我们的逻辑刻画工作提供了对线性性质的进一步

关键词：互模拟公理化编码逻辑刻画 π演算 CCS 高阶进程演算

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基于进程演算的安全协议形式化研究

基于进程演算的安全协议形式化研究

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作者：顾永跟上海交通大学

学位级别：博士

随着网络技术的应用逐步渗透到许多关键部门，以及电子商务的兴起与广泛应用，信息安全已变得日益重要。安全协议是信息安全的基础，但其正确性和安全性却不容乐观，已有的安全协议往往被证实并不如设计所期望的那样安全．即使不考虑与... 详细信息

随着网络技术的应用逐步渗透到许多关键部门，以及电子商务的兴起与广泛应用，信息安全已变得日益重要。安全协议是信息安全的基础，但其正确性和安全性却不容乐观，已有的安全协议往往被证实并不如设计所期望的那样安全．即使不考虑与实现相关的协议缺陷和密码系统被成功破译的可能性，复杂的网络环境还是使得攻击者可利用安全协议自身的缺陷来实施各种各样的攻击．因此，安全协议是否能达到它所要求的安全目标是非常关键的问题。\n 对安全协议的分析和验证是保证所设计的协议满足其安全性的重要技术手段，而借助形式化的方法或工具分析安全协议是非常必要而且行之有效的．安全协议的形式化分析已有二十多年的历史，已逐渐成为安全协议研究的热点。近十几年来，世界各国学者对其进行了广泛和深入的研究，尤其是美国和欧洲的一些国家在这一关键领域投入了大量的研究经赞和力址．同时，安全协议设计和分析也引起了国内研究人员的高度重视．虽然安全协议形式化研究领域取得了可喜的成果，但尚有诸多问题亟待解决，譬如，如何精确刻画安全协议，如何扩充现在已经成热的理论或方法去研究更多的安全性质，如何使安全性质在统一的框架下进行分析和验证等等。\n 安全协议是一个典型的并发分布式系统，而进程演算是一个强有力的并发分布式系统建模工具，具有强大的描述能力和严格的语义，能够精确刻画安全协议中各个参与者之间的交互行为．利用进程演算对安全协议进行分析和验证时，既可以借鉴其作为代数模型的基本验证理论与方法，又可以使用其作为抽象程序设计语言的程序分析方法．然而，由于进程演算固有的缺乏数据结构支持的特点，难以建模主体拥有的知识以及知识推理，以至于只能分析很少的安全性质,另一方面，基于知识和信念的逻辑推理方法可以为协议消息和主体建模，但是缺乏推导主体行为的机制．而且，协议的理想化过程过于依赖分析者的直觉，其困难常常导致分析结论的错误．所以，我们将进程演算和知识推理二者实现优势互补，以进程演算为基础，嵌入消息知识推理系统，为安全协议建模和分析．本文的主要成果和创新如下：\n 1．本文详细探讨了安全协议形式化分析的各种方法，尤其是基于进程演算的各种分析手段，并做了两个实例研究：一是在对spi演算进行适当扩展的基础上分析了 Kerberos协议的认证性，二是以Applied π-演算为基础分析了iKP协议的认证性和匿名性。 \n 2．以进程演算为基础，结合协议主体知识的逻辑推理以弥补进程演算固有的缺乏数据结构支持的特点，建立一个适合于安全协议形式化分析的一般模型GSPM,它可以精确刻画安全协议，在统一的框架下形式化描述和验证各种安全性质．GSPM 中的进程演算部分描述了协议参与主体的演化行为，逻辑部分使用了一系列推理规则推理主体的知识．嵌入的知识推理系统具有可扩展性，可以加入新的推理规则更深入地分析安全协议．此外，GSPM不为攻击者行为单独建模，既最大化了攻击者能力，又简化了协议的分析过程。 \n 3．以GSPM为基础分析验证安全性质\n (a)基于GSPM，定义了一步可达关系和多步可达关系两个概念，利用可达关系概念形式化地描述了安全协议的保密性，并以TMN协议为例作了实例研究．\n (b)在给出了GSPM的LTS操作语义的基础上，形式化地定义了安全协议的认证性，并以NSPK协议为例作了实例研究．\n (c)基于GSPM的变体GSPM，采用博弈思想形式化地定义了公平交换协议的非否认性和公平性，并以一种认证邮件机制-MD机制为例作了实例研究．\n (d)对其它安全性质的形式化描述进行了讨论．\n 4．在GSPM的变体GSPM+的基础上提出了一个环境敏感的抽象互模拟等价关系，形式化地定义了保密性和认证性，并做了简单的实例分析．\n 5．引入了符号化技术解决GSPM中等待输入消息时导致的无限分叉问题．在等待输入一个匹配项时，将环境能产生的消息项分成有限类，产生有限个替换，选择某个替换进行迁移，并把替换记录在迁移过程中，非常技巧性地将迁移过程中可能产生的无穷分叉变成了有限分叉．我们分别在以GSPM为基础的可达关系、LTS 和博弈语义中引入符号化技术，并以实例分析作了说明．符号化技术的采用为我们正在开发的自动验证工具奠定了基础．

关键词：安全协议形式化方法安全性质进程演算符号化技术

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基于概率传值进程演算的网络安全建模与分析

基于概率传值进程演算的网络安全建模与分析

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作者：张倩中国科学院大学

学位级别：博士

近年来，网络空间的争夺日益激烈，面对复杂多变的网络攻击和破坏行为，如何设计更有效的攻防机制已成为网络安全领域的研究热点。传统的网络安全策略主要分为两类，一类是安装被动防御措施（例如防火墙），一类是安装主动防御设备（例... 详细信息

近年来，网络空间的争夺日益激烈，面对复杂多变的网络攻击和破坏行为，如何设计更有效的攻防机制已成为网络安全领域的研究热点。传统的网络安全策略主要分为两类，一类是安装被动防御措施（例如防火墙），一类是安装主动防御设备（例如入侵检测系统）。然而，这两类传统策略均无法对网络安全的决策框架进行量化，也很难准确捕捉攻击行为的人为意图。对于此弊端，在九十年代末，基于博弈论的网络攻防模型被提出，以高效量化网络系统的攻防行为，并求解出有效的安全策略:纳什均衡策略与社会最优策略。然而，针对不同的网络安全场景需要基于不同的博弈论模型进行建模。是否能够建立一个统一的模型来完成对多类安全场景的建模？是否能够提出一个统一的算法，完成对该模型上纳什均衡策略和社会最优策略的量化分析与求解？\n 本论文的研究目标就是试图回答上述问题。我们的工作主要是基于概率传值进程演算，刻画不同网络安全场景下攻防行为所引起的网络状态的迁移。一般地，网络上的用户具有不同的恶意类型，例如合法用户、攻击者等。因此，网络安全场景可以大致分为两类:一类是防御者可以通过白名单或黑名单来确认与之交互的网络用户的恶意类型，一类是防御者无法确定与之交互的网络用户的恶意类型。具体地，我们提出两个安全模型:Reactive安全模型和Generative安全模型。Reactive安全模型可以刻画第一类网络安全场景，其中交互双方可以通过监控网络捕捉到对方的行为。Generative安全模型是Reactive安全模型的保守扩展，能够对防御者不了解网络用户的恶意类型的安全场景进行很好的刻画。我们分别形式化定义了纳什均衡策略与社会最优策略在这两个安全模型上对应的性质，并提出相应的算法进行求解。算法的基本流程是:通过概率互摸拟和图论方法分别对模型进行最小化及抽象化，根据Tarjan强联通分量算法将模型层次化，最后根据逆向归纳思想，求解相应的安全策略。我们实现了算法，并完成算法终止性与正确性的证明，最后通过多个实际的网络应用场景（网络系统脆弱性评估、入侵检测、无线网攻击、分布式拒绝服务攻击）阐明我们方法的高效性与灵活性。

关键词：网络安全概率传值进程演算纳什均衡策略社会最优策略

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基于图的进程演算及其应用

基于图的进程演算及其应用

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作者：刘士超中国科学院大学

学位级别：博士

作为计算机科学理论的一个重要分支，进程演算（也称为进程代数）在并发和交互式系统的建模和验证方面有广泛的应用。与此同时，新的应用场景（比如，多核处理器和无线网络等等）带来的挑战又促进了进程演算的发展。本文在该背景下提出... 详细信息

作为计算机科学理论的一个重要分支，进程演算（也称为进程代数）在并发和交互式系统的建模和验证方面有广泛的应用。与此同时，新的应用场景（比如，多核处理器和无线网络等等）带来的挑战又促进了进程演算的发展。本文在该背景下提出并研究了两种基于图的进程演算:传值树进程演算及其应用和基于图的面向无线网络的进程演算及其应用。\n 首先，本文研究了传值树进程演算。它使用图来定义多个进程的并发组合，这些进程位于图的不同顶点上，只有被图的边连接的那些进程才能够进行通信。为传值树进程定义了归约语义和标号迁移语义。为了研究传值树进程的行为等价关系，定义了弱barbed同余关系和弱互模拟关系，并且证明了如果两个进程是弱互模拟的那么它们是弱barbed同余的。作为传值树进程演算的应用，本文定义了一个简单的多线程程序，该程序具有原子变量操作和线程创建指令。通过将多线程程序翻译到传值树进程，为该程序语言定义了一种非线性的操作语义，并且证明了该翻译过程的正确性。本文在传值树进程演算的框架中研究了弱内存模型(weak memory models)，形式化了两个弱内存模型的实例，并且证明了该形式化过程的正确性。\n 其次，本文重点研究了传值树进程演算的语义和行为等价关系。行为等价关系是进程演算的核心问题，弱barbed同余关系和弱互模拟关系的等价性是CCS和π-演算的重要结论。为传值树进程演算定义了一种完全抽象的(fully abstract)语义，即在满足image-finite条件的迁移系统中，弱barbed同余关系和弱互模拟关系是等价的。\n 最后，本文提出了一种基于图的进程演算对具有局部广播能力的无线网络进行建模和分析。在语法层面，该进程演算使用图来刻画无线网络的拓扑结构。在语义层面，为该进程演算定义了归约语义和标号迁移语义。基于前一种语义，定义了弱barbed同余关系;基于后一种语义，定义了弱互模拟关系并且突出考虑了网络中节点的位置信息和连接信息。证明了这两种语义是一致的，并且证明了如果两个网络是弱互模拟的那么它们是弱barbed同余的。不同于其他广播进程演算的行为等价关系，这里的弱互模拟关系可以详细地刻画和分析无线网络中节点的分布和连接信息。为了说明该进程演算的潜在应用，本文列举了一些例子并且对ARAN协议和Alternating Bit Protocol中的一些场景进行了建模和分析。

关键词：图像处理进程演算语义分析传值树

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结合数据性质的进程演算及模型检测

结合数据性质的进程演算及模型检测

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作者：郑青南京航空航天大学

学位级别：硕士

形式化方法主要包括两个方面:一是形式规约,二是设计验证,其本质是基于数学的方法来描述软件系统及其属性的一种技术,为软件的正确性与可靠性提供了前提条件,目前已经成为软件和硬件开发所必须的工具。模型检测作为一种自动检测技术,取... 详细信息

形式化方法主要包括两个方面:一是形式规约,二是设计验证,其本质是基于数学的方法来描述软件系统及其属性的一种技术,为软件的正确性与可靠性提供了前提条件,目前已经成为软件和硬件开发所必须的工具。模型检测作为一种自动检测技术,取得了广泛的应用,主要应用于计算机硬件、安全认证协议、通信协议、控制系统等方面的分析与验证等。本文所做的主要工作如下: (1)首先研究了结合数据性质的进程演算系统CCS-Z,并给出该系统的语法以及语义。语法主要由五大部分组成,其中包括输入动作、输出动作、内部动作、CCS部分以及Z部分。输入、输出和内部动作用于刻画系统的行为,CCS部分用于刻画系统的状态转换,而Z部分用来刻画系统内部变量的变化过程。语义部分给出了CCS-Z系统中五个算子的操作语义。该系统将形式规约语言Z和进程演算系统CCS结合起来,形成CCS-Z系统,该系统既可以描述并发系统,又可以很好的刻画数据性质。其次是给出了用来描述进程等价的互模拟定义以及性质,如:互模拟的等价关系以及同余等性质,包括强互模拟和弱互模拟两种,并给出这些性质的详细证明。 (2)接着又给出了用来描述该系统的逻辑,该逻辑部分是用来描述系统的性质,包括逻辑公式以及可满足关系两部分。逻辑公式是用来刻画系统的性质,本文主要使用的逻辑系统是计算树逻辑CTL,在计算树逻辑中除了布尔连接词以外,还有十个基本算子,由于其他七个算子可以均可用EX、EU、EG算子表示,所以不再重复使用。可满足关系用来描述一个系统与其性质之间的一种关系,该部分给出了基本算子的可满足关系,其中包括原子命题、否定连接词、合取连接词、EX、EU、EG以及存在量词。 (3)最后给出了模型检测部分,该部分给出了用于检测CCS-Z系统的模型检测算法以及实现该算法的类图和流程图。其中类图主要给出了算法实现过程中类与类之间的关系,而流程图则给出了该算法的执行过程,该部分也给出了开关控制系统以及火车控制系统的状态转换图。开关控制系统包括两个开关以及控制开关的控制器,在给出了该系统的输入信息以后,用公式描述系统性质的检测结果;火车控制系统包括左右两个火车以及通过红绿灯的控制系统,也给出了该系统的输入信息以及该系统性质的检测结果。

关键词：模型检测进程演算 Z语言时序逻辑

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面向CPS的混成进程演算建模与基于统计的性能评价

面向CPS的混成进程演算建模与基于统计的性能评价

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作者：曹雪岳南京航空航天大学

学位级别：硕士

信息物理融合系统(Cyber physical Systems,简称CPS)是软件和硬件设备紧密联系、相互影响相互作用的新一代智能系统。随着自动化、通信以及计算机技术的不断发展,CPS逐渐走向成熟并越来越多的应用到实际生产和生活中。人们对于CPS的要... 详细信息

信息物理融合系统(Cyber physical Systems,简称CPS)是软件和硬件设备紧密联系、相互影响相互作用的新一代智能系统。随着自动化、通信以及计算机技术的不断发展,CPS逐渐走向成熟并越来越多的应用到实际生产和生活中。人们对于CPS的要求已经不再局限于系统的功能扩展,CPS的性能指标开始被重视。在保证系统安全性和可靠性的前提下,人们倾向于采用性能更加优秀的系统。目前关于对CPS性能评价相关的形式化方法研究还很少,本次课题在对CPS特征和性能指标相关研究整理和总结的基础上,提出将形式化建模和分析的方法引入到CPS的性能评价中。利用统计模型检测和性能评价语言连续时间随机语言(Continuous Time Stochastic Language,简称CSTL)对基于HPCCS的CPS模型进行性能评价。本文的创新点如下:(1)本文在进程演算TCCS的基础上扩展概率选择和微分方程,提出一种新的信息物理融合系统建模语言HPCCS。体系结构分析与设计语言(Architecture Analysis and Design Language,简称AADL)是一种常用的体系化建模语言,利用AADL可以方便地对大型系统建模,如航电系统、列控系统等。通过扩展AADL随机行为和混成附件,提出用于CPS建模的混成AADL建模规范。由于AADL是半形式化建模语言无法直接对其进行形式化验证,本文提出AADL到HPCCS的模型转换算法,通过对转换后的HPCCS模型检测实现检测AADL模型的目的。(2)信息物理融合系统的性能评价需要一个表达能力足够并且不存二义性的性能评价语言,本文在PLTL和CTL的基础上提出一种性能评价语言CTSL。通过基于实值状态公式的CTSL可以刻画传统时序逻辑无法描述的系统性能指标。文中通过实例说明如何使用CTSL公式描述系统性能指标。(3)为了求解给定HPCCS模型的CTSL公式结果,首先利用离散化算法将模型离散化,然后通过对离散化模型的路径遍历计算出CTSL公式的精确解。由于精确求解算法随着并发进程数的增加面临状态空间爆炸的问题,本文采用贝叶斯统计模型检测算法,将CTSL分为四类公式,根据四类公式的性质分别给出贝叶斯性能评价算法。通过本文提出的贝叶斯性能评价算法,提高CTSL公式计算的效率。同时贝叶斯性能评价算法分析可以提供反例信息,供开发者找到系统的性能瓶颈。

关键词：信息物理融合系统进程演算 AADL 性能评价统计模型检测离散化

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基于组视角的无线自组织网络的进程演算

基于组视角的无线自组织网络的进程演算

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作者：刘思华东师范大学

学位级别：硕士

无线自组织网络(Mobile Ad hoc Networks, MANETs)是由成百上千个移动节点(例如,个人掌上电脑和传感器)在没有固定网络设备的情况下动态组网构成。在这样的网络中,每个节点充当一个路由或者转发站将收到的消息递送给目的节点。近些年来... 详细信息

无线自组织网络(Mobile Ad hoc Networks, MANETs)是由成百上千个移动节点(例如,个人掌上电脑和传感器)在没有固定网络设备的情况下动态组网构成。在这样的网络中,每个节点充当一个路由或者转发站将收到的消息递送给目的节点。近些年来,无线自组织网络相关的应用得到了越来越多的关注,从分布式移动计算到空间智能、灾难恢复和军事行动,随处都可以看到它的影子。在本文中,我们首先提出了概率进程演算,用来形式化地建模和探究具有不稳定网络连接和节点移动的无线自组织网络。在我们的演算中,一个无线自组织网络节点能够本地广播消息给它传输范围内的一组节点。由于两个位于不同组的节点从同一个发送者那里接收消息的概率应该有所不同,所以我们引入了组概率这个概念。我们的演算因此能够基本涵盖无线自组织网络中三个基础的特点,即本地广播、移动性和概率性。此外,我们以标签变迁系统的形式给出了演算的形式化操作语义,还定义了开放互模拟的概念并证明该互模拟关系是同余关系。基于这些,我们讨论了无线自组织网络中一些重要的性质,例如,移动节点的等价性和替代性。最后,我们通过一个简单的例子说明演算的实用性,即用它来分析通过多路由传输消息的概率性。移动性是无线自组织网络固有的特性之一,也是影响网络协议性能的最重要的因素之一。在本文中,我们还为无线自组织网络提出了另一个进程演算框架,侧重点在网络节点的组移动特性上。组移动模型涵盖了两个层面的移动：作为一个整体,组的移动符合单节点移动模式；在组内部,每个节点的移动自然是遵照单节点移动模式。我们延续使用Godskesen教授提出的参数化框架,并拓展它使得能够在两个层面建模移动函数,即单节点移动模型和组移动模型。此外,我们用参数化的操作语义来定义形式化的系统变迁规则,还提出了弱互模拟关系来讨论网络的行为等价性。最后,我们给出了无线自组织网络中的一些重要性质,并用我们提出的网络行为等价关系来进行验证。

关键词：无线自组织网络进程演算概率组移动操作语义互模拟

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